Le Système respiratoire

Le système respiratoire

 

Les cellules en soi vont tirer leur énergie de réactions d’oxydation

è Besoin d’oxygène

On distingue différentes structures dans le règne animal qui permettent d’accéder à cet oxygène :

        la diffusion cutanée (échanges direct à travers la membrane) è pas gardée au cours de l’évolution

        le système branchial

        le système trachéen

        le système pulmonaire

 

I.  Propriétés fondamentales des gaz

 

Un gaz = molécules qui vont avoir une certaine pression avec des mouvements proportionnels à la température

Mouvement è collisions entre molécules è pression

Plus la température augmente è plus les mouvements augmentent è plus la pression augmente

Chaque gaz va avoir une pression particulière è pression partielle

 

Loi de Dalton :

Elle définit la pression partielle d’un gaz dans un mélange comme étant la pression partielle de ce gaz considéré comme occupant seul le volume occupé par le mélange en entier.

è elle est proportionnelle au pourcentage du gaz dans le mélange.

 

Exemple : PpO2 = 0,21 x 1 bar (pression de l’air) = 0,21 bar

 

Loi de Henri

Elle définit la dissolution des gaz

A température donnée la quantité de gaz dissous à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au dessus de ce liquide.

 

 

La dissolution d’un gaz dépend :

        de la température : quand la température augmente la dissolution diminue

        de la surface d’échange

        de la nature des gaz

 

Il y a une grande différence de dissolution entre l’O2 et le CO2 :

 

 

  

La dissolution de l’O2 est beaucoup plus faible car il est très peu soluble par rapport au CO2, mais élimination facile du CO2 dans l’eau è peut être avantageux s’il y a maintien du gradient

 

Particularité du CO2 è réaction avec l’eau

 

 

è Conservation du gradient (car pas de CO2 dans l’eau) è le CO2 peut toujours être éliminé

 

Diffusion des gaz

La vitesse de diffusion d’un gaz est inversement proportionnelle à la racine carrée du poids moléculaire

PM CO2 = 44 (6,6)

PM O2 = 32 (5,7)

Vitesse de diffusion en faveur de l’O2 (d’un point de vue physique)

 

II.                    Milieux aquatique et terrestre

 

        O2 peut soluble dans l’eau

è pour amener une même quantité d’O2 à un système respiratoire il va falloir amener beaucoup plus d’eau que d’air è coût énergétique

A 15°C : 7 ml d’O2 dans l’eau

            210 ml d’O2 dans l’air

 

        de plus l’eau est plus visqueuse (50 fois supérieur à l’air) que l’air è coûte beaucoup plus cher d’acheminer l’O2 dans l’eau

        la vitesse de diffusion des gaz est 10 000 fois moins élevée dans l’eau

è Milieu terrestre favorable pour l’oxygène

è Meilleure dissolution du CO2 dans l’eau (élimination sous forme de bicarbonate è maintien du gradient) è milieu aquatique plus favorable pour l’élimination du CO2

 

Pour les animaux terrestres il y a donc un mécanisme de régulation très sensible à de faibles variations de pression.

 

III.              Système respiratoire en milieu aquatique

 

III.1.                Respiration cutanée

è pour les organismes unicellulaire ou les petits organismes (car le volume augmente au cube et la surface au carré è limite la surface d’échange pour les gros organismes)

Exceptions :

       

Ce qui augmente la surface d’échange

 
plathelminthes è plats ==>

        corail è ramifié ==>

        méduse è composée à 98% d’eau

 

Chez les vertébrés inférieurs, il peut y avoir une respiration cutanée mais associée à un autre type de respiration (essentiellement branchiale mais aussi pulmonaire comme par exemple chez les batraciens)

 

III.2.               Les branchies

2 types de branchies :

        branchies externes (primitives) chez les invertébrés, les larves de poissons et d’amphibiens, mais aussi chez des animaux tel l’axolotl néotène (adulte ressemble à la larve mais peut se reproduire

  

Pour fonctionner correctement une structure respiratoire doit avoir :

        une surface d’échange è branchies plumeuses

        membrane la plus fine possible

        gradient

Problème : branchies externes vulnérables aux prédateurs et ne sont pas hydrodynamiques

è Restent efficaces pour des animaux petits

 

        branchies internes (dans des opercules)

chez les poissons cartilagineux et les poissons osseux

è gros problème : il faut maintenir le gradient è mécanisme de ventilation (qui augmente la circulation du milieu respiratoire sur la surface respiratoire)

Car s’il n’y avait pas de ventilation, une zone pauvre en O2 et riche en CO2 risquerait de se former autour des branchies à mesure que les échanges gazeux se poursuivraient è plus de gradient è lO2 ne pourrait plus pénétrer.

La disposition des capillaires dans les branchies des poissons favorise les échanges gazeux et réduit le coût énergétique d’une ventilation.

è Échange à contre courant : le sang s’écoule dans la direction opposée au mouvement de l’eau dans les branchies. La circulation à contre courant de l’eau et du sang maintient un gradient de concentration favorable, qui amène l’O2 à passer de l’un à l’autre sur toute la longueur du capillaire. A mesure que le sang circule dans les capillaires d’une lamelle, il se charge d’une quantité de plus en plus grande en O2.

 

 

La circulation à contre courant permet d’extraire jusqu’à 80% de l’O2 de l’eau (les poumons jusqu’à 25% de l’O2 de l’air mais sont très adaptés à leur milieu)

 

 

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